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소포제의 원리, 분류, 선택 및 투여량

수처리 과정에서 발생하는 거품 문제는 많은 사람들에게 혼란을 안겨주었습니다. 시운전 초기 단계에서는 거품, 계면활성제 거품, ​​충격 거품, 과산화물 거품, 순환 수처리 과정에서 비산화 살균제를 첨가하여 발생하는 거품 등이 발생하기 때문에 수처리에서 소포제를 사용하는 것이 비교적 일반적입니다. 이 글에서는 소포제의 원리, 분류, 선택 및 사용량을 포괄적으로 소개합니다!

★ 거품 제거
1. 물리적 방법

물리적 관점에서 거품을 제거하는 방법은 주로 배플(baffle) 또는 필터 스크린 설치, 기계적 교반, 정전기, 동결, 가열, 증기, 방사선 조사, 고속 원심분리, 감압, 고주파 진동, 순간 방전, 초음파(음향 액체 제어) 등이 있습니다. 이러한 방법들은 모두 액막 양단의 기체 투과율과 기포막의 액체 방전을 다양한 정도로 촉진시켜 거품의 안정 계수를 감쇠 계수보다 낮게 만들어 거품의 양을 점차 감소시킵니다. 그러나 이러한 방법들의 공통적인 단점은 환경 요인의 제약이 크고 소포율이 낮다는 것입니다. 이러한 장점은 환경 보호와 높은 재사용률을 제공합니다.

2. 화학적 방법

거품을 제거하는 화학적 방법에는 주로 화학 반응법과 소포제를 첨가하는 방법이 있습니다.

화학 반응법은 발포제와 발포제 사이에 화학 반응을 일으켜 물에 불용성인 물질을 생성함으로써 액막 내 계면활성제 농도를 낮추고 거품의 파열을 촉진하는 방법입니다. 그러나 이 방법은 발포제 조성의 불확실성과 불용성 물질이 시스템 장비에 해를 끼치는 등의 단점이 있습니다. 현재 다양한 산업 분야에서 가장 널리 사용되는 소포 방법은 소포제를 첨가하는 방법입니다. 이 방법의 가장 큰 장점은 높은 소포 효율과 사용의 용이성입니다. 하지만 적합하고 효율적인 소포제를 찾는 것이 중요합니다.

★소포제의 원리

소포제는 다음과 같은 원리를 가지고 있습니다.

1. 거품의 국소 표면장력 감소로 인한 거품 파열의 메커니즘은 고급 알코올이나 식물성 기름을 거품에 뿌리고, 이를 거품 액체에 용해시키면 표면장력이 현저히 감소하는 것입니다. 이러한 물질은 일반적으로 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 표면장력 감소는 거품의 국소적인 부분에만 국한되고, 거품 주변의 표면장력에는 거의 변화가 없습니다. 표면장력이 감소한 부분은 사방으로 강하게 당겨지고 늘어나면서 결국 파열됩니다.

2. 막 탄성의 파괴로 인해 거품을 깨는 소포제가 거품계에 첨가되어 기체-액체 계면으로 확산되어 거품 안정화 효과가 있는 계면활성제가 막 탄성을 회복하기 어렵게 됩니다.

3. 액막 배수를 촉진하는 소포제는 액막 배수를 촉진하여 기포가 터지도록 할 수 있습니다. 거품 배수율은 거품의 안정성을 반영할 수 있습니다. 거품 배수를 촉진하는 물질을 첨가하는 것도 소포에 영향을 줄 수 있습니다.

4. 소수성 고체 입자를 첨가하면 거품 표면에서 거품이 터질 수 있습니다. 소수성 고체 입자는 계면활성제의 소수성 말단을 끌어당겨 소수성 입자를 친수성으로 만들고, 이를 통해 수상으로 유입되어 소포 작용을 합니다.

5. 계면활성제를 용해하고 발포시키면 기포가 터질 수 있습니다. 용액과 완전히 혼합될 수 있는 일부 저분자량 물질은 계면활성제를 용해시켜 유효 농도를 감소시킬 수 있습니다. 옥탄올, 에탄올, 프로판올 및 기타 알코올과 같이 이러한 효과를 가진 저분자량 물질은 표면층의 계면활성제 농도를 감소시킬 뿐만 아니라 계면활성제 흡착층에 용해되어 계면활성제 분자의 치밀성을 감소시켜 거품의 안정성을 약화시킬 수 있습니다.

6. 전해질 분해 시, 계면활성제 이중 전기층은 계면활성제 이중 전기층과 거품의 상호작용을 통해 소포 역할을 하여 안정적인 거품 액체를 생성합니다. 일반 전해질을 첨가하면 계면활성제 이중 전기층이 붕괴될 수 있습니다.

★ 소포제의 분류

일반적으로 사용되는 소포제는 구성에 따라 실리콘(수지), 계면활성제, 알케인, 미네랄 오일 등으로 구분할 수 있습니다.

1. 실리콘(수지) 소포제(에멀젼 소포제라고도 함)는 실리콘 수지를 유화제(계면활성제)와 함께 물에 유화 및 분산시킨 후 폐수에 투입하여 사용합니다. 이산화규소 미분말은 소포 효과가 더 뛰어난 또 다른 유형의 실리콘 기반 소포제입니다.

2. 소포제와 같은 계면활성제는 실제로는 유화제입니다. 즉, 계면활성제를 분산시켜 거품을 형성하는 물질을 물 속에서 안정된 유화 상태로 유지하여 거품이 형성되는 것을 방지합니다.

3. 알칸계 소포제는 파라핀 왁스 또는 그 유도체를 유화제를 사용하여 유화 및 분산시켜 만든 소포제입니다. 계면활성제 기반 유화 소포제와 용도가 유사합니다.

4. 미네랄 오일은 주요 소포 성분입니다. 효과를 높이기 위해 금속 비누, 실리콘 오일, 실리카 및 기타 물질을 혼합하여 사용하기도 합니다. 또한, 미네랄 오일이 발포 용액 표면에 확산되는 것을 촉진하거나 미네랄 오일에 금속 비누 및 기타 물질이 고르게 분산되도록 다양한 계면활성제를 첨가하기도 합니다.
★ 다양한 종류의 소포제의 장단점

미네랄 오일, 아미드, 저급 알코올, 지방산 및 지방산 에스테르, 인산 에스테르 등과 같은 유기 소포제의 연구 및 응용은 비교적 초기 단계이며, 소포제의 1세대에 속합니다. 이러한 유기 소포제는 원료 조달이 용이하고, 환경 성능이 우수하며, 생산 비용이 낮다는 장점이 있습니다. 반면, 낮은 소포 효율, 높은 특이성, 그리고 가혹한 사용 조건은 단점입니다.

폴리에테르 소포제는 2세대 소포제로, 주로 직쇄 폴리에테르, 알코올이나 암모니아에서 유래한 폴리에테르, 그리고 말단기가 에스테르화된 폴리에테르 유도체를 포함합니다. 폴리에테르 소포제의 가장 큰 장점은 강력한 소포성입니다. 또한, 일부 폴리에테르 소포제는 고온 내성, 강한 산 및 알칼리 내성과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 단점은 온도 조건, 좁은 적용 영역, 낮은 소포성, 낮은 기포 파괴율입니다.

유기 실리콘 소포제(3세대 소포제)는 강력한 소포 성능, 신속한 소포력, 낮은 휘발성, 무독성, 무생리적 관성 등의 특징을 가지고 있으며, 광범위한 응용 분야에 적용 가능합니다. 따라서 광범위한 응용 가능성과 막대한 시장 잠재력을 가지고 있지만, 소포 성능은 낮은 편입니다.

폴리에테르 변성 폴리실록산 소포제는 폴리에테르 소포제와 유기규소 소포제의 장점을 결합한 소포제 개발 방향입니다. 가용화 특성을 이용하여 재사용이 가능하지만, 현재 이러한 소포제는 종류가 적고 연구 개발 단계에 있어 생산 비용이 높습니다.

★ 소포제 선택

소포제를 선택할 때는 다음 기준을 충족해야 합니다.

1. 발포 용액에 불용성 또는 불용성인 경우, 거품이 터질 수 있습니다. 소포제는 거품막에 농축되어야 합니다. 소포제는 즉시 농축해야 하며, 거품 억제제는 이 상태를 정기적으로 유지해야 합니다. 따라서 소포제는 발포 액체에서 과포화 상태에 있으며, 불용성 또는 난용성 소포제만이 과포화 상태에 도달하기 쉽습니다. 불용성 또는 용해가 어려운 소포제는 기액 계면에서 응집되기 쉽고, 기포막에 농축되기 쉬우며, 낮은 농도에서도 작용할 수 있습니다. 수계에서 사용되는 소포제, 즉 활성 성분 분자는 강한 소수성과 약한 친수성을 가져야 하며, 최상의 효과를 위해서는 HLB 값이 1.5~3이어야 합니다.

2. 표면 장력은 발포 액체의 표면 장력보다 낮으며, 소포제의 분자간 힘이 작고 표면 장력이 발포 액체의 표면 장력보다 낮을 때만 소포제 입자가 발포 필름에 침투하여 팽창할 수 있습니다. 발포 용액의 표면 장력은 용액 자체의 표면 장력이 아니라 발포 용액 자체의 표면 장력이라는 점에 유의해야 합니다.

3. 발포액과 어느 정도 친화력이 있습니다. 소포 과정은 거품 붕괴 속도와 거품 생성 속도의 경쟁이기 때문에, 소포제는 발포액에 빠르게 분산되어 더 넓은 범위의 발포액에서 빠르게 작용해야 합니다. 소포제가 빠르게 확산되도록 하려면 소포제의 유효 성분이 발포 용액과 어느 정도 친화력을 가져야 합니다. 소포제의 유효 성분은 발포액과 너무 가까이 있어 용해될 수 있으며, 너무 희박하여 분산이 어렵습니다. 이러한 적절한 친화력이 있어야만 효과가 좋습니다.

4. 소포제는 거품을 발생시키는 액체와 화학 반응을 일으키지 않습니다. 소포제가 거품을 발생시키는 액체와 반응하면 효과가 떨어지고 미생물 증식에 영향을 미치는 유해 물질을 생성할 수 있습니다.

5. 낮은 휘발성과 긴 작용 지속 시간. 첫째, 소포제 사용이 필요한 시스템이 수성인지 유성인지 판단해야 합니다. 발효 산업에서는 폴리에테르 변성 실리콘이나 폴리에테르계와 같은 유성 소포제를 사용해야 합니다. 수성 코팅 산업에서는 수성 소포제와 유기 실리콘 소포제가 필요합니다. 소포제를 선택하고, 첨가량을 비교한 후, 기준 가격을 기준으로 가장 적합하고 경제적인 소포제를 결정하십시오.

★소포제 사용 효과에 영향을 미치는 요인

1. 용액 내 소포제의 분산성과 표면 특성은 다른 소포 특성에 상당한 영향을 미칩니다. 소포제는 적절한 분산도를 가져야 하며, 입자 크기가 너무 크거나 작으면 소포 활성에 영향을 줄 수 있습니다.

2. 거품 시스템에서 소포제의 상용성 계면활성제가 수용액에 완전히 용해되면, 일반적으로 거품의 기액 계면에 방향성을 띠며 배치되어 거품을 안정화합니다. 계면활성제가 불용성 또는 과포화 상태일 경우, 입자는 용액에 분산되어 거품에 축적되고, 거품은 소포제 역할을 합니다.

3. 발포 시스템의 주변 온도와 발포액의 온도 또한 소포제의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 발포액 자체의 온도가 비교적 높은 경우, 특수 고온 내성 소포제를 사용하는 것이 좋습니다. 일반 소포제를 사용하면 소포 효과가 크게 감소하고, 소포제가 로션을 직접 해유화하기 때문입니다.

4. 소포제의 포장, 보관 및 운송은 5~35℃에서 보관하는 것이 적합하며, 유통기한은 일반적으로 6개월입니다. 열원 근처나 직사광선에 노출하지 마십시오. 일반적인 화학적 보관 방법에 따라 사용 후 밀봉하여 변질을 방지하십시오.

6. 원액과 희석액에 대한 소포제 첨가 비율은 어느 정도 편차가 있으며, 그 비율이 동일하지 않습니다. 계면활성제 농도가 낮기 때문에 희석된 소포제 로션은 매우 불안정하여 쉽게 박리되지 않습니다. 소포 성능이 상대적으로 낮아 장기 보관에 적합하지 않습니다. 희석 후 즉시 사용하는 것이 좋습니다. 소포제 첨가 비율은 현장 테스트를 통해 효과를 검증해야 하며, 과다 첨가해서는 안 됩니다.

★소포제의 사용량

소포제는 여러 종류가 있으며, 종류에 따라 필요한 용량도 다릅니다. 아래에서는 6가지 종류의 소포제의 용량을 소개합니다.

1. 알코올 소포제: 알코올 소포제를 사용할 경우, 일반적으로 사용량은 0.01~0.10%입니다.

2. 오일계 소포제: 오일계 소포제의 첨가량은 0.05~2%이고, 지방산 에스테르계 소포제의 첨가량은 0.002~0.2%이다.

3. 아미드 소포제: 아미드 소포제는 효과가 더 좋으며, 첨가량은 일반적으로 0.002~0.005% 범위입니다.

4. 인산 소포제: 인산 소포제는 섬유와 윤활유에 가장 흔히 사용되며, 첨가량은 0.025~0.25%입니다.

5. 아민계 소포제: 아민계 소포제는 주로 섬유 가공에 사용되며, 첨가량은 0.02~2%이다.

7. 에테르계 소포제: 에테르계 소포제는 일반적으로 종이 인쇄, 염색 및 세척에 사용되며 일반적인 투여량은 0.025~0.25%입니다.